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SpringBoot+ShardingSphere彻底解决生产环境数据库字段加解密问题

IP云
IP云V管理员/6 阅读
07/24
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前言

  互联网行业公司，对于数据库的敏感字段是一定要进行加密的，方案有很多，最直接的比如写个加解密的工具类，然后在每个业务逻辑中手动处理，在稍微有点规模的项目中这种方式显然是不现实的，不仅工作量大而且后期很难维护。

  目前mybatis-plus已经提供了非常好的加解密方案，居士也试过效果很好，但很多互联网公司不一定会引入mybatis-plus作为数据层工具，反而就喜欢使用mybatis，甚至有不少使用SpringDataJPA，那么就没有必要为了加解密专门引入mybatis-plus。

  那有什么更合适的方案呢？答案是肯定的，shardingsphere就提供了方案，为什么选择它呢，因为互联网公司大概率会考虑分库分表，目前最佳的分库分表方案实际上也就是shardingsphere了，既然如此，直接用它的数据库加解密方案就不需要再额外引入第三方工具了。

使用

1、案例准备

技术体系如下，其中引入MybatisPlus是为了方便案例更快成型，ShardingSphere不建议使用5.x版本，因为版本差异较大一直都是大家对其诟病的原因，甚至小版本都有不少差异，4.x版本相较来说资料更多。

技术版本
SpringBoot2.6.3
MybatisPlus3.5.1
ShardingSphere4.1.1
2、引入依赖

<dependencies>
<!-- spring web -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<!-- sharding-jdbc -->
<dependency>
<groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
<artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId>
<version>4.1.1</version>
</dependency>
<!-- mysql -->
<dependency>
<groupId>mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<!-- mybatis-plus -->
<dependency>
<groupId>com.baomidou</groupId>
<artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId>
<version>3.5.1</version>
</dependency>
<!-- 代码生成器 mybatisPlus自带的生成器 -->
<dependency>
<groupId>com.baomidou</groupId>
<artifactId>mybatis-plus-generator</artifactId>
<version>3.5.1</version>
</dependency>
<!-- freemarker模板生成器 引入代码生成器需要 -->
<dependency>
<groupId>org.freemarker</groupId>
<artifactId>freemarker</artifactId>
<version>2.3.31</version>
</dependency>
<!-- swagger 因为mybatisPlus代码生成器会自带swagger的注解 -->
<dependency>
<groupId>io.springfox</groupId>
<artifactId>springfox-swagger2</artifactId>
<version>2.7.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>io.springfox</groupId>
<artifactId>springfox-swagger-ui</artifactId>
<version>2.7.0</version>
</dependency>
<!-- 启动后加载配置文件 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-configuration-processor</artifactId>
<optional>true</optional>
</dependency>
<!-- lombok 简化实体类管理工具-->
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<optional>true</optional>
</dependency>
<!-- fastjson 解析json用到，也可以换成自己喜欢用的 -->
<dependency>
<groupId>com.alibaba</groupId>
<artifactId>fastjson</artifactId>
<version>1.2.79</version>
</dependency>
<!-- 测试 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
</dependencies>

3、yml配置

server:
port: 8888# 数据源
spring:
# shardingsphere配置
shardingsphere:
props:
sql:
show: false
query:
with:
cipher:
column: true # 查询是否使用密文列
datasource:
name: master
master:
type: com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
jdbc-url: jdbc:mysql://localhost:3306/encrypt_demo?serverTimezone=GMT%2B8&useUnicode=true&characterEncoding=utf8&useSSL=false
username: root
password: 123456
initial-size: 20
max-active: 200
min-idle: 10
max-wait: 60000
pool-prepared-statements: true
max-pool-prepared-statement-per-connection-size: 20
time-between-eviction-runs-millis: 60000
min-evictable-idle-time-millis: 300000
validation-query: SELECT 1
test-while-idle: true
test-on-borrow: false
test-on-return: false
filter:
stat:
log-slow-sql: true
slow-sql-millis: 1000
merge-sql: true
wall:
config:
multi-statement-allow: true
# 加密配置
encrypt:
encryptors:
my_encryptor:
type: mySharding # 声明加密处理器的类型，自定义。
props:
aes.key.value: fly13579@# # 加密处理器创建密钥会用到，10个数字英文字母组合，自定义。
# 需要加密哪张表中的哪些字段，每个字段使用哪个加密处理器，这里的my_encryptor就是上面配置的处理器名称。
tables:
tb_order:
columns:
id_card:
cipherColumn: id_card
encryptor: my_encryptor
name:
cipherColumn: name
encryptor: my_encryptor

4、自定义加解密处理器

ShardingSphere有自己的加解密处理器，可以直接使用，生产环境中还是偏向于自定义处理器，因为更安全，不容易被暴力破解。

1）、增加SPI指向

在resources目录下新建META-INF/services目录，编写文件指向自定义的处理器。

文件名称：org.apache.shardingsphere.encrypt.strategy.spi.Encryptor

PS：4.1.1版本和4.0.0版本的名称不同，因为许多类名和包名都更改了。

2）、编写自定义加解密处理器

package com.example.encrypt.config;import com.google.common.base.Preconditions;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.codec.binary.StringUtils;
import org.apache.commons.codec.digest.DigestUtils;
import org.apache.shardingsphere.encrypt.strategy.impl.AESEncryptor;
import org.apache.shardingsphere.encrypt.strategy.spi.Encryptor;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Properties;/**
* <p>
* Shardingsphere加密处理器
* </p>
*
* @author 福隆苑居士，公众号：【Java分享客栈】
* @since 2022-02-20
*/
@Configuration
public class MyShardingEncryptor implements Encryptor { private final Logger log = LoggerFactory.getLogger(MyShardingEncryptor.class); // AES KEY
private static final String AES_KEY = "aes.key.value"; private Properties properties = new Properties(); public MyShardingEncryptor(){ } @Override
public void init() { } @Override
public String encrypt(Object plaintext) {
try {
byte[] result = this.getCipher(1).doFinal(StringUtils.getBytesUtf8(String.valueOf(plaintext)));
log.debug("[MyShardingEncryptor]>>>> 加密: {}", Base64.encodeBase64String(result));
return Base64.encodeBase64String(result);
} catch (Exception ex) {
log.error("[MyShardingEncryptor]>>>> 加密异常：", ex);
}
return null; } @Override
public Object decrypt(String ciphertext) {
try {
if (null == ciphertext) {
return null;
} else {
byte[] result = this.getCipher(2).doFinal(Base64.decodeBase64(ciphertext));
log.debug("[MyShardingEncryptor]>>>> 解密: {}", new String(result));
return new String(result);
}
} catch (Exception ex) {
log.error("[MyShardingEncryptor]>>>> 解密异常：", ex);
}
return null;
} @Override
public String getType() {
return "mySharding"; // 和yml配置一致
} @Override
public Properties getProperties() {
return this.properties;
} @Override
public void setProperties(Properties properties) {
this.properties = properties;
} /**
* 加解密算法
* @param decryptMode 1-加密，2-解密，还有其他类型可以点进去看源码。
*/
private Cipher getCipher(int decryptMode) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
Preconditions.checkArgument(this.properties.containsKey("aes.key.value"), "No available secret key for `%s`.",
AESEncryptor.class.getName());
Cipher result = Cipher.getInstance("AES");
result.init(decryptMode, new SecretKeySpec(this.createSecretKey(), "AES"));
return result;
} /**
* 创建密钥，规则根据自己需要定义。
* -- PS: 生产环境规范要求不能打印出密钥相关日志，以免发生意外泄露情况。
*/
private byte[] createSecretKey() {
// yml中配置的原始密钥
String oldKey = this.properties.get("aes.key.value").toString();
Preconditions.checkArgument(null != oldKey, String.format("%s can not be null.", "aes.key.value"));
/*
* 将原始密钥和自定义的盐一起再次加密生成新的密钥返回.
* 注意，因为我们用的AES加解密方式最终密钥必须16位，否则AES会报错，
* 而application.yml中配置的aes.key.value是10位字符组合，所以这里才substring(0,5)，否则最终没有返回16位会抛AES异常，可以自己试验下。
*/
String secretKey = DigestUtils.sha1Hex(oldKey + AES_KEY).toUpperCase().substring(0, 5) + "!" + oldKey;
// 密钥打印在上线前一定要删掉，避免泄露引起安全事故。
log.debug("[MyShardingEncryptor]>>>> 密钥: {}", secretKey);
return secretKey.getBytes();
}}

5、编写测试接口

package com.example.encrypt.controller;import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.example.encrypt.entity.Order;
import com.example.encrypt.enums.ResponseCodeEnum;
import com.example.encrypt.service.IOrderService;
import com.example.encrypt.util.ResultEntity;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;import java.time.LocalDateTime;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;/**
* <p>
* 前端控制器
* </p>
*
* @author 福隆苑居士，公众号：【Java分享客栈】
* @since 2022-02-21
*/
@RestController
@RequestMapping("/api/order")
@Slf4j
public class OrderController { private final IOrderService orderService; public OrderController(IOrderService orderService) {
this.orderService = orderService;
} /**
* 查询订单
*/
@GetMapping("/list")
public ResponseEntity<List<Order>> list() {
return ResponseEntity.ok().body(orderService.list());
} /**
* 插入订单
*/
@PostMapping("/save")
public ResponseEntity<List<Order>> save(@RequestBody Order order) {
// 这里只是简单的演示，正式代码记得不要直接传实体对象，要传递VO对象进行转换，并且要做参数校验。
log.debug("[插入订单]>>>> order={}", JSONObject.toJSONString(order));
order.setCreatedAt(new Date());
order.setUpdatedAt(new Date());
boolean ret = orderService.save(order);
return ret ? ResponseEntity.ok().body(orderService.list())
: ResponseEntity.badRequest().body(new ArrayList<>());
}
}

6、效果

插入订单

我们yml中配置的对姓名和身份证号加密，看下数据库这笔订单记录，发现已经自动加密了。

再试下查询订单，看是否会对数据库加密字段进行解密后返回结果，发现解密也没问题。

7、密钥在数据库的用法

这里专门给大家说明一下密钥如何在数据库中通过SQL直接对字段值加解密，因为有很多公司会使用堡垒机或云桌面来访问生产环境数据库，这个时候排查线上问题时，往往要知道加密字段是什么。

1）、拿到密钥

PS：切记，这个密钥在上线前保留一次即可，打印密钥的日志一定要删掉，可以避免生产环境泄露密钥引起的事故，一般正规点的公司都会有要求。

密钥打印的地方在自定义的加解密处理器中，可以debug打印出来。

2）、数据库中使用

语句如下，保存下来，以后使用时复制出来即可。

# 加密
SELECT to_base64(AES_ENCRYPT('要加密的值','密钥'))
# 解密
SELECT AES_DECRYPT(FROM_BASE64('要解密的值'),'密钥')
# 中文解密，防乱码。
select CAST(AES_DECRYPT(FROM_BASE64('要解密的中文值'),'密钥') as char)

总结

  ShardingSphere的加解密本身步骤简单，但这个工具其实不熟悉或者没用过的人会踩很多坑，包括版本差异、未解决的缺陷等等，可是它的优势远大于弊端，所以才会被非常多的公司所接受，也是学习分库分表的必修课。

  居士给大家提供了可以直接运行起来的源码以及个人踩坑的小手记，有需要的小伙伴可以下载下来跑起来做做试验。

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